Тангаж в авиации и технике¶

Тангаж — угловое движение летательного аппарата или иного объекта вокруг поперечной оси (оси, перпендикулярной плоскости симметрии и направленной вдоль крыла), при котором нос объекта отклоняется вверх или вниз относительно горизонта. В авиации тангаж — один из трёх основных углов ориентации наряду с креном и рысканием; соответствующий угол измеряется между продольной осью аппарата и горизонтальной плоскостью. Управление тангажом обеспечивает набор высоты, снижение и поддержание заданного режима полёта.

¶Определение и геометрия

Продольная ось летательного аппарата направлена от хвоста к носу. Вращение вокруг поперечной оси меняет наклон этой оси к горизонту. Угол тангажа принято считать положительным, когда нос поднят выше горизонта (кабрирование), и отрицательным, когда нос опущен (пикирование). Отсчёт ведётся от линии горизонта либо от строительной оси фюзеляжа — в зависимости от системы координат, применяемой в аэродинамике и навигации.

Тангаж не следует путать с углом атаки: тангаж описывает ориентацию аппарата относительно горизонта, а угол атаки — между хордой крыла и набегающим потоком воздуха. Эти величины связаны, но не тождественны, и их различие принципиально для понимания динамики полёта.

¶Управление

Отклонение руля высоты, расположенного на хвостовом оперении, создаёт момент относительно поперечной оси и изменяет тангаж. В лёгких самолётах руль высоты приводится в движение штурвалом или ручкой, отклоняемыми «на себя» (кабрирование) и «от себя» (пикирование). На тяжёлых и скоростных машинах применяются гидравлические и электродистанционные системы управления, а также переставной стабилизатор, повышающий эффективность продольного управления на больших скоростях.

Автоматика — автопилот, система улучшения устойчивости — также воздействует на тангаж, удерживая заданную высоту или вертикальную скорость.

¶Тангаж и режимы полёта

Продольная балансировка определяет устойчивость аппарата по тангажу. При нарушении балансировки возникают явления, требующие вмешательства пилота:

• Сваливание — потеря подъёмной силы при превышении критического угла атаки, часто сопровождающаяся резким изменением тангажа.
• Штопор — вращение аппарата с одновременным изменением тангажа, крена и рыскания.
• Флаттер — опасные самоколебания конструкции, в том числе по продольному каналу.

На взлёте пилот увеличивает тангаж для отрыва от земли, на посадке — плавно уменьшает его для выравнивания и касания. Взлётно-посадочные режимы предъявляют к управлению тангажом повышенные требования точности.

¶Приборы и измерение

Угол тангажа отображается на авиагоризонте — основном пилотажном приборе, показывающем ориентацию аппарата относительно горизонта. Дополнительно используются датчики угловых скоростей, акселерометры и инерциальные навигационные системы. В современных «стеклянных» кабинах данные выводятся на многофункциональные дисплеи. Для беспилотных аппаратов и ракет измерение тангажа выполняется гироскопами и акселерометрами в составе инерциального измерительного блока.

¶За пределами авиации

Понятие тангажа применяется и в других областях:

• Космонавтика — ориентация космических аппаратов и ступеней ракет-носителей по трём углам, включая тангаж; программа тангажа задаёт траекторию выведения.
• Морская техника — дифферент судна как аналог продольного наклона.
• Робототехника и видеосъёмка — стабилизация камер на подвесах (гимбалах) по осям тангажа, крена и рыскания для получения плавного изображения.
• Транспорт — наклон кузова, продольная качка вагонов и автомобилей при разгоне и торможении.

¶Терминология

В русскоязычной литературе наряду с «тангажом» встречаются термины «продольный наклон» и «угол продольного наклона». Английское pitch используется в международной практике и в документации. Родственные понятия — крен (вращение вокруг продольной оси) и рыскание (вращение вокруг вертикальной оси) — вместе с тангажом образуют три угла ориентации, применяемые в авиации, судоходстве и космонавтике.

Источники: учебные пособия по аэродинамике и динамике полёта, руководства по лётной эксплуатации, справочная литература по авиационным приборам и навигации.